SITOP 24 V ein
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Technische Informationen und Projektierung<br />
Stromversorgung allgem<strong>ein</strong><br />
■ Geregelte Gleichstromversorgung (Fortsetzung)<br />
Primär getaktete Schaltnetzteile (PGS):<br />
In der Literatur findet man auch häufig den Begriff SMPS-Netzteil<br />
(abgeleitet von Switch Mode Power Supply) oder Primärschaltregler.<br />
Ungeregeltes<br />
Netz<br />
Prinzipschaltbild: Eintakt-Durchfluss-Wandler<br />
Den Primärschaltregler gibt es in sehr vielen Schaltungsvarianten.<br />
Die wichtigsten Grundschaltungen sind Eintakt-Durchflusswandler,<br />
Sperrwandler, Halbbrückenwandler, Vollbrückenwandler,<br />
Gegentaktwandler und Resonanzwandler.<br />
Am Prinzipschaltbild des Eintakt-Durchflusswandlers wird die<br />
grundsätzliche Wirkungsweise des Primärschaltreglers beschrieben:<br />
Die ungeregelte Netzspannung wird zunächst gleichgerichtet<br />
und gesiebt. Die Kapazität des Kondensators am Zwischenkreis<br />
bestimmt die Speicherzeit des Netzteiles bei Ausfall der Eingangsspannung.<br />
Die Spannung am Zwischenkreis beträgt bei<br />
<strong>ein</strong>em 230-V-Netz ca. DC 320 V. Aus dieser Gleichspannung<br />
wird nun <strong>ein</strong> Eintaktwandler versorgt, der mit Hilfe <strong>ein</strong>es Impulsweiten-Reglers<br />
und bei hoher Schaltfrequenz die Primärenergie<br />
über <strong>ein</strong>en Transformator auf die Sekundärseite überträgt.<br />
Der Schalttransistor hat in s<strong>ein</strong>er Funktion als Schalter geringe<br />
Verlustleistung, so dass die Leistungsbilanz je nach Ausgangsspannung<br />
und Strom bei <strong>ein</strong>em Wirkungsgrad zwischen > 70 %<br />
bis ca. 90 % liegt.<br />
Das Trafovolumen ist wegen der hohen Schaltfrequenz im Verhältnis<br />
zu <strong>ein</strong>em 50-Hz-Trafo kl<strong>ein</strong>, weil die Trafogröße im Verhältnis<br />
zur höheren Schaltfrequenz geringer wird. Mit modernen<br />
Halbleitern lassen sich ohne weiteres Taktfrequenzen von<br />
100 kHz und mehr erreichen. Allerdings steigen bei zu hohen<br />
Taktfrequenzen auch die Schaltverluste, so dass man im Einzelfall<br />
<strong>ein</strong>en Kompromiss wählen muss zwischen hohem Wirkungsgrad<br />
und größtmöglicher Taktfrequenz. In den überwiegenden<br />
Anwendungen liegen die Taktfrequenzen bei ca. 20 kHz bis<br />
250 kHz je nach Ausgangsleistung.<br />
Die Spannung der Sekundärwicklung wird gleichgerichtet, gefiltert<br />
und gesiebt. Die Regelabweichung am Ausgang wird über<br />
Optokoppler auf den Primärkreis zurückgemeldet. Über die<br />
Steuerung der Impulsbreite (Leitphase des Schalttransistors im<br />
Primärkreis) wird die benötigte Energie auf die Sekundärseite<br />
übertragen und die Ausgangsspannung geregelt. Während der<br />
nichtleitenden Phase des Schalttransistors wird über <strong>ein</strong>e Hilfswicklung<br />
der Transformator wieder entmagnetisiert. Es wird<br />
immer nur so viel Energie übertragen, wie am Ausgang entnommen<br />
wird. Die maximale Pulsbreite für das Tastverhältnis beträgt<br />
bei diesen Schaltungen < 50 %.<br />
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G_KT01_DE_00180<br />
Siemens KT 10.1 · 2008<br />
Eintakt-Durchflusswandler<br />
Regelung<br />
© Siemens AG 2008<br />
geregelt<br />
U A<br />
Last<br />
Vorteile:<br />
•Kl<strong>ein</strong>e magnetische Bauteile (Trafo, Speicherdrossel, Filter)<br />
durch die hohe Betriebsfrequenz<br />
•Hoher Wirkungsgrad durch Impulsweitenregelung<br />
•Kompakte Geräte<strong>ein</strong>heiten<br />
•Bis in den kW-Bereich k<strong>ein</strong>e forcierte Kühlung notwendig<br />
•Hohe Speicherzeiten bei Netzausfall möglich durch Erhöhung<br />
der Kapazität im Zwischenkreis<br />
•Großer Eingangsspannungsbereich möglich<br />
Nachteile:<br />
•Hoher Schaltungsaufwand, viele aktive Bauteile<br />
•Hoher Entstöraufwand notwendig<br />
•Der mechanische Aufbau muss nach HF-Kriterien erfolgen<br />
Primärgetaktete Netzteile haben sich in den letzten Jahren<br />
gegenüber den anderen Schaltungsprinzipien mehr und mehr<br />
durchgesetzt. Vor allem wegen der geringen Baugröße, dem<br />
geringen Gewicht, dem hohen Wirkungsgrad und dem guten<br />
Preis/Leistungsverhältnis.<br />
Zusammenfassung<br />
Die für den Anwender wesentlichen Eigenschaften der vorbeschriebenen<br />
Schaltungen sind in der Tabelle 2 kurz zusammengefasst.<br />
Vergleichskriterien<br />
Eingangsspannungsbereich<br />
Regelgeschwindigkeit<br />
Speicherzeit<br />
nach Netzausfall<br />
Restwelligkeit<br />
Verlustleistung<br />
Schaltungsarten<br />
Primärgetaktet<br />
Sekundärgetaktet<br />
Längsregler<br />
sehr groß mittel sehr kl<strong>ein</strong> groß<br />
mittel mittel sehr<br />
schnell<br />
Vergleichskriterien der Grundschaltungsvarianten<br />
Magnetischer<br />
Konstanthalter<br />
langsam<br />
sehr lang lang sehr kurz lang<br />
mittel mittel sehr<br />
gering<br />
mittel<br />
sehr kl<strong>ein</strong> kl<strong>ein</strong> groß sehr kl<strong>ein</strong><br />
Baugröße sehr kl<strong>ein</strong> mittel sehr groß groß<br />
Gewicht sehr leicht mittel schwer sehr schwer<br />
Entstöraufwand<br />
sehr groß mittel gering mittel
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